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人类史上令人叹为观止的极限精度制造成果有哪些?

Discussion in '知乎日报' started by 漂亮的石头, 2016-04-05.

  1. 漂亮的石头

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    日报标题:1 秒发射 217 次:每次打电话时,电话都这么辛苦

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    可以讲一下日常使用的 2G/3G/LTE 网络中的一些基础数据:

    • GSM 使用了 TDMA 技术,在同一个 200KHz、同一帧的载波内不同的用户占据不同的时隙进行通信以便区分彼此。已知 GSM 一个时隙长约 0.577ms,一帧 8 个时隙,语音通话时每个用户占据一个时隙,也就是说当使用 GSM 网络打电话时,1 秒钟内手机采取脉冲发射的方式“发 - 停 - 发”这样子进行了大约 217 次。
    • CDMA 技术为了克服“远近效应”(发射功率一致的情况下,同个小区内处于小区中心位置的手机的发射信号因同频干扰、非严格正交的扰码等原因而将位于小区远处 / 边缘的手机发射信号淹没的情况,想象一下梯形教室里如果坐第一排的学生和坐最后一排的学生以同样的声音同时发言,老师可能只能听清楚第一排同学的发言)采取了高频次的功率控制技术(老师觉得第一排同学声音太大了,叫其减小音量同时叫最后一排的同学增大音量)。在 WCDMA 里快速功率控制可以以时隙为单位进行,步长 1 或者 2dB;已知 WCDMA 一帧 10ms,包含 15 个时隙,那么一秒钟最高可以进行 1500 次的功率控制(针对特定信道)。
    • 3G/LTE 里都引入了基于基站的快速调度功能,综合事先设置的条件和不同用户的信道质量,以高频次的系统资源调度从而提升资源利用率,快速调度可以以 TTI(传输时间间隔)为单位进行。WCDMA 的 HSDPA 阶段引入了 2ms 的 TTI,1 秒钟调度次数可以高达 500 次,LTE 里引入了 1ms 的 TTI,LTE FDD 调度次数翻倍达到了 1000 次 / 秒。想象一下给 N 个人切一份永远切不完的蛋糕,根据各种条件不同,有可能这个 1ms/2ms 内要把蛋糕全给一个人,也有可能要把蛋糕平分给 N 个人,而这样的操作1 秒钟要进行 500/1000 次。
    • 使用了 TDD 技术系统(比如 TD-SCDMA/LTE TDD)由于上下行使用同样的频率通信,为了避免干扰,因此必须上下行错开时间来传输数据,即上下行占据不同的时隙 / 子帧来传输数据。LTE TDD 一帧 10ms,每帧包含 10 个子帧,除去特殊子帧,其他子帧要么用于上行要么用于下行,就是说在 1ms 的时间单位里,全网成千上万个基站保持沉默不发射信号,而由手机发射信号,到了下一个 1ms 里可能就变成全体手机保持沉默,而由基站发射信号(当然也有可能还是基站沉默而手机发射信号)
    • 为了保证手机能及时的被网络寻呼到同时最大限度的降低功耗,2G/3G/LTE 里都引入了非连续监听寻呼 / 寻呼指示信道的机制。比如现网 WCDMA 网络设置的非连续监听寻呼指示信道的间隔为 64 帧,即 640ms 监听一次,每次监听 1 个帧(10ms,内含 288 个比特寻呼指示),同时解码这一帧中的属于自己的那个 PI(现网设置单个 PI 长度为 8 个比特)。也就是每次手机醒来就听个 10ms,从 288 个比特中调出属于自己的那 8 个比特看一下是不是都为 1,是的话说明可能接下来的寻呼信道是寻呼自己的,那么再去解码寻呼信道,不是的话则沉沉睡去,等待 640ms 后下一个非连续寻呼时机的到来。于是 WCDMA 网络下的手机每天就这么醒来 - 监听 - 解码 - 又睡去循环进行大约 135000 次。

    当然了,能做到以上这些,更多还是因为有基础理论学科的突破以及工程技术上的日新月异(比如半导体技术的不断进步等等)。

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